De acordo com a SMACNA (Sheet Metal and Air Conditioning Contractors' National
Association), conceitualmente, a carga térmica de um determinado ambiente pode ser definida
como o taxa de calor extraído ou introduzido no mesmo, em determinada hora do dia, a fim de manter níveis internos de condições termo-higrométricas do projeto. As principais fontes de carga térmica internas de um ambiente são: Iluminação, Equipamentos e Pessoas.
Westphal (2002) explica que o cálculo da carga térmica de edificações pode ser aplicado para o dimensionamento de sistemas de ar condicionado, bem como para a estimativa do consumo de energia desses sistemas. Para ambas as finalidades, são necessárias distinguir quatro fluxos de calor:
Ganho de calor do ambiente climatizado; Carga térmica transferida para o ar interno; Carga térmica que atinge o condicionador de ar; Taxa de extração de calor pelo sistema.
Mcquiston e Spitler (1992) definem carga térmica como “a taxa na qual o calor deve ser extraído do ambiente para manter sua temperatura e umidade relativa, constantes”. Como o ganho de calor por radiação não é diretamente convertido em carga térmica, muitas vezes a soma de todos os ganhos de calor não equivale à carga térmica do ambiente em um dado instante. A energia radiante precisa ser absorvida pelas superfícies que envolvem (paredes, cobertura/forro e piso) e preenchem (móveis e objetos) o ambiente antes de ser diretamente adicionada como carga térmica desse espaço. Quando essas superfícies estão mais aquecidas do que o ar interno ocorre à transferência de calor por convecção entre as superfícies e o ar. A capacidade de armazenamento de calor de cada objeto ou componente é que irá determinar a velocidade com que o ganho de calor radiante é transformado em carga térmica no ambiente.
Segundo Lamberts et al. (2014), após o devido conhecimento de todas as variáveis (climáticas, humanas e arquitetônicas), pode-se determinar a quantidade de energia que deverá ser extraída ou fornecida ao ar do ambiente para mantê-lo em condições desejáveis de temperatura e umidade. Existem alguns conceitos úteis para melhor entender os fenômenos envolvidos nesse processo, como: Calor Sensível, Latente e Total, ou Carga Térmica.
2.6.1 Conforto Ambiental
O Conforto Ambiental pode ser entendido como um conjunto de condições ambientais que permitem ao ser humano sentir bem-estar térmico, visual, acústico e antropométrico, além de garantir a qualidade do ar e o conforto olfativo (LAMBERTS et al., 2014).
Embora o clima seja bem distinto em qualquer região da Terra, o ser humano é biologicamente parecido em todo o mundo, sendo adaptável a diferentes condições climáticas ao se utilizar de mecanismos culturais como vestimenta, a arquitetura e a tecnologia. Nesse contexto, torna-se fundamental o estudo e o entendimento das variáveis que compõe o Conforto Térmico e Visual. A importância destas variáveis se baseia na premissa de que existe uma forte correlação entre conforto e consumo de energia.
2.6.2 Conforto Térmico
Segundo Lamberts (2011), conforto térmico, tomado como uma sensação humana situa- se no campo do subjetivo e depende de fatores físicos, fisiológicos e psicológicos. Os fatores físicos determinam as trocas de calor do corpo com o meio; já os fatores fisiológicos referem- se a alterações na resposta fisiológica do organismo, resultantes da exposição contínua a determinada condição térmica; e finalmente os fatores psicológicos, que são aqueles que se relacionam às diferenças na percepção e na resposta a estímulos sensoriais, frutos da experiência passada e da expectativa do indivíduo.
Os estudos em conforto térmico visam principalmente analisar e estabelecer as condições necessárias para a avaliação e concepção de um ambiente térmico adequado às atividades e ocupação humanas, bem como estabelecer métodos e princípios para uma detalhada análise térmica de um ambiente. A importância do estudo de conforto térmico está baseada principalmente em três fatores:
Satisfação humana: que pode ser traduzido como a sensação de bem-estar em se sentir termicamente confortável;
Performance humana: embora os resultados de inúmeras investigações não sejam conclusivos a esse respeito, e a despeito dessa inconclusividade, os estudos mostram uma clara tendência de que o desconforto causado por calor ou frio reduz a performance humana. As atividades intelectuais, manuais e
perceptivas geralmente apresentam um melhor rendimento quando realizadas em conforto térmico.
Conservação de energia: devido à crescente mecanização e industrialização da sociedade, as pessoas passam grande parte de suas vidas em ambientes condicionados artificialmente. Ao conhecer as condições e os parâmetros relativos ao conforto térmico dos ocupantes em seus ambientes, evitam-se desperdícios com aquecimento ou resfriamento, muitas vezes desnecessários. 2.6.2.1 Avaliação de Conforto Térmico
Estudos de conforto térmico tiveram nos últimos anos um aumento de interesse por parte dos pesquisadores. As normas existentes nesta área englobam estudos sobre todas as variáveis que influenciam no conforto térmico. As principais normas e guias de referência a esses estudos são:
ASHRAE Standard 55: Thermal Environmental Conditions for Human
Occupancy;
ISO 7730: Ergonomics of the thermal environment - Analytical determination
and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria;
ISO 7726: Ergonomics of the thermal environment - Instruments for measuring
physical quantities;
ISO 8996: Ergonomics of the thermal environment - Determination of metabolic
rate;
ISO 9920: Ergonomics of the thermal environment - Estimation of thermal
insulation and water vapour resistance of a clothing ensemble;
ASHRAE Fundamentals Handbook - cap. 8 Thermal Comfort - 2005.
A ASHRAE 55-2013 apresenta um método para determinação da zona de conforto, através do método gráfico. Este método é simplificado e pode ser aplicado em ambientes onde os ocupantes tem uma atividade entre 1 e 1,3 met2, com roupas entre 0,5 e 1 clo3. A Figura 2.11
2 Corresponde a taxa metabólica, função da intensidade da atividade física desenvolvida pelo corpo humano, pode
também ser expressa na unidade “met” (do inglês metabolic unit), que corresponde a 58,2 W/m2. 3 É expresso em “clo”, do inglês clothing, sendo que 1 clo = 0,155 (m2.K)/W.
mostra as áreas de conforto, formadas pelas temperaturas mínimas e máximas, assim como pela umidade é válido somente para velocidades do ar menores que 0,2 m/s.
Figura 2.11 - Temperatura operativa e umidade aceitável para determinação da zona de conforto.
Fonte: Regulamento Técnico da Qualidade do Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviço e Públicos (RTQ-C).
A temperatura operativa pode ser definida como uma média entre a temperatura média radiante e a temperatura do ar ambiente ponderada pelos coeficientes de troca térmica de calor por convecção e radiação. Isto ocorre porque uma pessoa constantemente efetua as trocas de calor sensíveis por radiação e convecção. A temperatura operativa é calculada pela Equação 2.2 (ASHRAE, 2005):
)* = ,ℎ. .ℎ + ℎ/ 01
.+ ℎ/ 2 (2.2)
onde hr é o coeficiente de transferência de calor por radiação linearizado, hc é o coeficiente de
transferência de calor por convecção, Tré a temperatura radiante e Tbs é a temperatura de bulbo
2.6.3 Carta Bioclimática
A carta bioclimática é um instrumento que pode ser utilizado na parametrização de um projeto arquitetônico em sua fase de concepção. Através de suas informações, com base na delimitação do conforto térmico e no quadro do rigor climático local, poderá, por exemplo, indicar até mesmo a necessidade do condicionamento artificial do ambiente a ser ocupado, frente aos critérios de conforto pré-estabelecidos (BOGO et al., 1994).
A Meteorologia e a Climatologia, embora distintas, podem se confundir, pois o que se denomina Tempo Meteorológico é o estado diário da atmosfera com suas alterações em curto prazo (temperatura, humidade relativa, velocidade do ar, etc.). O Tempo Climatológico é o registro/análise desses estados diários, por longos períodos.
2.6.3.1 Bioclimatologia na Arquitetura
Bogo (1994) expressa que a Climatologia Aplicada à Arquitetura tem seu início nos anos quarenta. A grande dificuldade ao se trabalhar na escala das edificações e no seu ambiente interno reside em dois pontos: (1) a simultaneidade de ocorrência dos outros fatores energético- ambientais oriundos da ação antrópica no clima e (2) A influência da ação antrópica no clima em escalas anteriores a da edificação e a sua aleatoriedade e complexidade.
2.6.3.2 Carta Bioclimática
A carta bioclimática é construída sobre um diagrama psicrométrico, que relaciona a temperatura do ar e a umidade relativa. Com plotagem dessas variáveis sobre a carta, é possível analisar se o clima em questão oferece ou não condições de conforto aos usuários. Cada par de dados plotados na carta (valores de temperatura máxima e mínima mensal e seus valores de umidade relativa, correspondentes) cairá sobre uma zona desenhada na carta. Para cada uma dessas zonas desenhadas, são indicadas estratégias passivas ou ativas de condicionamento (MUELLER, 2007).
Segundo Bogo et al (1994), para o Brasil, foi adotado o método de Givoni, por apresentar as melhores condições de aplicação para as zonas de conforto térmico, sendo que Givoni desenvolveu um trabalho voltado para os países quentes e em desenvolvimento.